基因測序光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基因測序光學(xué)系統(tǒng)，包括光源，第一、第二分光鏡，第一、第二、第三聚焦鏡，以及第一、第二光信號采集裝置；第一分光鏡用于將光源發(fā)射的光束反射給第一聚焦鏡；第一聚焦鏡用于將來自第一分光鏡的光束聚焦成光斑后照射到待測基因樣品表面，及將待測基因樣品被激發(fā)的光信號聚焦后通過第一分光鏡照射至第二分光鏡；第二分光鏡用于將來自第一分光鏡的光線分為兩束，分別沿第一、第二光路傳輸；第二、第三聚焦鏡分別用于將沿第一、第二光路傳輸?shù)墓饩€匯聚至第一、第二光信號采集裝置上。本發(fā)明通過第二分光鏡將成像光路分為兩條，對每條光路上的聚焦鏡進(jìn)行特定波長消色差設(shè)計，使光信號采集裝置可以采集到清晰的信號。
【專利說明】基因測序光學(xué)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基因測序領(lǐng)域，特別是涉及一種基因測序光學(xué)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在基因測序【技術(shù)領(lǐng)域】，焦磷酸測序技術(shù)（Pyrosequencing)，是由Nyren等人于 1987年發(fā)展起來的一種新型的酶級聯(lián)測序技術(shù)，其可重復(fù)性和精確性能與Sanger法基因 測序技術(shù)相媲美，而速度卻大大的提高。
[0003] 焦磷酸測序技術(shù)是由4種酶催化的同一反應(yīng)體系中的酶級聯(lián)化學(xué)發(fā)光反應(yīng)。焦磷 酸測序技術(shù)的原理是：依靠生物發(fā)光進(jìn)行基因序列分析的技術(shù)，在多種酶的協(xié)同作用下，當(dāng) 堿基正確配對時，發(fā)生一個合成反應(yīng)和一個化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的偶聯(lián)，釋放光信號。該光信號實(shí) 時被高靈敏度的圖像傳感器（例如CCD)捕獲，最終達(dá)到測序的目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于此，有必要提供一種用于焦磷酸測序等基因測序技術(shù)的基因測序光學(xué)系統(tǒng)。
[0005] -種基因測序光學(xué)系統(tǒng)，包括光源、第一分光鏡、第二分光鏡、第一聚焦鏡、第二聚 焦鏡、第三聚焦鏡、第一光信號采集裝置及第二光信號采集裝置；所述第一分光鏡用于將光 源發(fā)射的光束反射給所述第一聚焦鏡；所述第一聚焦鏡用于將來自第一分光鏡的光束聚焦 成光斑后照射到待測基因樣品的表面，還用于將所述待測基因樣品被激發(fā)的光信號聚焦后 通過所述第一分光鏡照射至第二分光鏡；所述第二分光鏡用于將來自第一分光鏡的光線分 為兩束，一束沿第一光路傳輸，另一路沿第二光路傳輸；所述第二聚焦鏡用于將沿所述第一 光路傳輸?shù)墓饩€匯聚至所述第一光信號采集裝置上；所述第三聚焦鏡用于將沿所述第二光 路傳輸?shù)墓饩€匯聚至所述第二光信號采集裝置上。
[0006] 在其中一個實(shí)施例中，所述光源用于交替發(fā)射第一波長和第二波長的光束，所述 光源同一時刻最多發(fā)射一種波長的光束。
[0007] 在其中一個實(shí)施例中，所述第一波長的光束對應(yīng)激發(fā)所述待測基因樣品兩種波長 的光信號，所述第二分光鏡將其中一種波長的光信號透射從而沿所述第一光路傳輸，將另 一種波長的光信號反射從而沿所述第二光路傳輸；所述第二波長的光束對應(yīng)激發(fā)所述待測 基因樣品另外兩種波長的光信號，所述第二分光鏡同樣將其中一種波長的光信號透射從而 沿所述第一光路傳輸，將另一種波長的光信號反射從而沿所述第二光路傳輸。
[0008] 在其中一個實(shí)施例中，還包括設(shè)于所述光源和第一分光鏡之間的光束整形裝置， 用于將光源發(fā)射的光束整形為均勻準(zhǔn)直的光束。
[0009] 在其中一個實(shí)施例中，還包括第一全反鏡，用于將自光束整形裝置出射的光束反 射至第一分光鏡上。
[0010] 在其中一個實(shí)施例中，還包括設(shè)于所述第一光路上的第一濾光鏡，和設(shè)于所述第 二光路上的第二濾光鏡。
[0011] 在其中一個實(shí)施例中，所述第一濾光鏡設(shè)于所述第二聚焦鏡與所述第一光信號采 集裝置之間，所述第二濾光鏡設(shè)于所述第三聚焦鏡與所述第二光信號采集裝置之間。
[0012] 在其中一個實(shí)施例中，還包括第二全反鏡，用于將所述第一分光鏡反射的光束反 射至第一聚焦鏡上，以及將所述第一聚焦鏡的待測基因樣品被激發(fā)的光信號反射至第一分 光鏡上。
[0013] 在其中一個實(shí)施例中，還包括第三全反鏡，用于將所述第二分光鏡反射的光信號 反射至第三聚焦鏡上。
[0014] 在其中一個實(shí)施例中，所述第一聚焦鏡是顯微聚焦鏡，所述將來自第一分光鏡的 光束聚焦成光斑是聚焦成方形光斑。
[0015] 上述基因測序光學(xué)系統(tǒng)，通過第二分光鏡將成像光路分為兩條，對每條光路上的 聚焦鏡進(jìn)行特定波長的消色差設(shè)計，使光信號采集裝置可以采集到清晰的信號，提高了采 集到的信號的信噪比。整個光路系統(tǒng)設(shè)計緊湊，體積小，能夠減少成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目 的、特征和優(yōu)勢將變得更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分，且并未刻 意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0017] 圖1是一實(shí)施例中基因測序光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2是另一實(shí)施例中基因測序光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中 給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所 描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹 全面。除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】的技 術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體 的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語"及/或"包括一個或多個相 關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。
[0020] 圖1是一實(shí)施例中基因測序光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括光源10、第一分光鏡22、 第二分光鏡24、第一聚焦鏡32、第二聚焦鏡34、第三聚焦鏡36、第一光信號米集裝置42以 及第一光信號米集裝置44。
[0021] 光源10發(fā)射出的光束被第一分光鏡22反射后傳輸給第一聚焦鏡32,由第一聚焦 鏡32將光束聚焦成光斑后照射到待測基因樣品200的表面。在多種酶的協(xié)同作用下，當(dāng)堿 基正確配對時，待測基因樣品200發(fā)生一個合成反應(yīng)和一個化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的偶聯(lián)，釋放光 信號。被激發(fā)的光信號經(jīng)第一聚焦鏡32聚焦后通過第一分光鏡22透射至第二分光鏡24， 由第二分光鏡24將光線分為兩束，一束沿第一光路傳輸至第二聚焦鏡34,通過第二聚焦鏡 34聚焦后最終被第一光信號采集裝置42捕獲；另一路沿第二光路傳輸至第三聚焦鏡36,通 過第三聚焦鏡36聚焦后最終被第二光信號采集裝置44捕獲。第二聚焦鏡34和第三聚焦 鏡36是成像聚焦鏡。
[0022] 上述基因測序光學(xué)系統(tǒng)，通過第二分光鏡24將成像光路分為兩條，對每條光路上 的聚焦鏡進(jìn)行特定波長的消色差設(shè)計，使光信號采集裝置可以采集到清晰的信號，提高了 采集到的信號的信噪比。整個光路系統(tǒng)設(shè)計緊湊，體積小，能夠減少成本。
[0023] 在其中一個實(shí)施例中，光源10可以發(fā)射兩種不同波長的光束，每種光束分別用于 激發(fā)兩種堿基發(fā)光，兩種光束就可以激發(fā)4種堿基發(fā)光。可以將兩種特定波長的激發(fā)光源 (半導(dǎo)體激光器、大功率LED等）封裝在一起作為光源10,兩個激發(fā)光源交替工作，這樣同 一時間待測基因樣品最多只會有兩種堿基受激發(fā)光，即同一時間待測基因樣品最多有兩種 波長的光信號被激發(fā)。通過對第二分光鏡24的設(shè)計，使得同一時間能夠被激發(fā)的兩種波長 光信號分別被第二分光鏡24透射和反射（也就是分別沿前述第一光路和第二光路傳輸）。
[0024] 在其中一個實(shí)施例中，可以在第一光路上設(shè)置第一濾光鏡52,在第二光路上設(shè)置 第二濾光鏡54,如圖2所示。設(shè)置濾光鏡能夠?qū)⒎切盘柕墓膺^濾掉，提高光信號純度和測序 精準(zhǔn)度。圖2中采用的是光線先通過聚焦鏡聚焦再通過濾光鏡濾光的設(shè)計，即第一濾光鏡 52設(shè)于第二聚焦鏡34與第一光信號米集裝置42之間，第二濾光鏡54設(shè)于第三聚焦鏡36 與第二光信號采集裝置44之間。采用先聚焦再濾光的結(jié)構(gòu)，相對于先濾光再聚焦，在設(shè)計 上更加簡單，能夠節(jié)省成本。
[0025] 在圖2所不實(shí)施例中，基因測序光學(xué)系統(tǒng)還包括設(shè)于光源10和第一分光鏡22之 間的光束整形裝置72,用于將光源10發(fā)射的光束整形為均勻準(zhǔn)直的光束。在本實(shí)施中，第 一聚焦鏡32是顯微聚焦鏡，其將被光束整形裝置72均勻整形后的光束聚焦成特定尺寸的 方形光斑照射在待測基因樣品表面，使被照射區(qū)域的樣品得到充分、均勻的激發(fā)，從而使得 光信號采集裝置捕捉的光信號更加精準(zhǔn)。
[0026] 在圖2所不實(shí)施例中，光束整形裝置72和第一分光鏡22之間的光路上設(shè)有第一 全反鏡62。第一分光鏡22與第一聚焦鏡32之間的光路上設(shè)有第二全反鏡64。第二分光 鏡24與第三聚焦鏡36之間的光路上設(shè)有第三全反鏡66。第一全反鏡62用于將入射的光 束向上轉(zhuǎn)90度后反射，第二全反鏡64用于將入射的光束向下轉(zhuǎn)90度后反射，第三全反鏡 66用于將入射的光束往回并向上反射，即將從圖2左邊入射的光束向左上反射，使反射后 光線的光路避開前述的第一光路上的各部件（第二分光鏡24、第二聚焦鏡34、第一濾光鏡 52)。通過合理設(shè)置全反鏡來改變光路，能夠調(diào)整整個基因測序光學(xué)系統(tǒng)的形狀和大小，從 而合理利用空間，設(shè)計出形狀、體積合理的光學(xué)設(shè)備。
[0027] 綜上，上述基因測序光學(xué)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、高靈敏地捕捉待測基因樣品釋放的光信 號，具備體積小，設(shè)備成本低，檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，效率高等顯著優(yōu)點(diǎn)。
[0028] 以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基因測序光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括光源、第一分光鏡、第二分光鏡、第一聚焦 鏡、第二聚焦鏡、第三聚焦鏡、第一光信號采集裝置及第二光信號采集裝置； 所述第一分光鏡用于將光源發(fā)射的光束反射給所述第一聚焦鏡； 所述第一聚焦鏡用于將來自第一分光鏡的光束聚焦成光斑后照射到待測基因樣品的 表面，還用于將所述待測基因樣品被激發(fā)的光信號聚焦后通過所述第一分光鏡照射至第二 分光鏡； 所述第二分光鏡用于將來自第一分光鏡的光線分為兩束，一束沿第一光路傳輸，另一 路沿第二光路傳輸； 所述第二聚焦鏡用于將沿所述第一光路傳輸?shù)墓饩€匯聚至所述第一光信號采集裝置 上； 所述第三聚焦鏡用于將沿所述第二光路傳輸?shù)墓饩€匯聚至所述第二光信號采集裝置 上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基因測序光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述光源用于交替發(fā)射第 一波長和第二波長的光束，所述光源同一時刻最多發(fā)射一種波長的光束。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基因測序光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一波長的光束對應(yīng) 激發(fā)所述待測基因樣品兩種波長的光信號，所述第二分光鏡將其中一種波長的光信號透射 從而沿所述第一光路傳輸，將另一種波長的光信號反射從而沿所述第二光路傳輸；所述第 二波長的光束對應(yīng)激發(fā)所述待測基因樣品另外兩種波長的光信號，所述第二分光鏡同樣將 其中一種波長的光信號透射從而沿所述第一光路傳輸，將另一種波長的光信號反射從而沿 所述第二光路傳輸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基因測序光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)于所述光源和第 一分光鏡之間的光束整形裝置，用于將光源發(fā)射的光束整形為均勻準(zhǔn)直的光束。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基因測序光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，還包括第一全反鏡，用于將 自光束整形裝置出射的光束反射至第一分光鏡上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基因測序光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)于所述第一光路 上的第一濾光鏡，和設(shè)于所述第二光路上的第二濾光鏡。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基因測序光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一濾光鏡設(shè)于所述 第二聚焦鏡與所述第一光信號采集裝置之間，所述第二濾光鏡設(shè)于所述第三聚焦鏡與所述 第二光信號采集裝置之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基因測序光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，還包括第二全反鏡，用于將 所述第一分光鏡反射的光束反射至第一聚焦鏡上，以及將所述第一聚焦鏡的待測基因樣品 被激發(fā)的光信號反射至第一分光鏡上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基因測序光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，還包括第三全反鏡，用于將 所述第二分光鏡反射的光信號反射至第三聚焦鏡上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基因測序光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一聚焦鏡是顯微聚 焦鏡，所述將來自第一分光鏡的光束聚焦成光斑是聚焦成方形光斑。
【文檔編號】G01N21/63GK104122237SQ201410339916
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】施宏艷, 周朝明, 彭金明, 李珊, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司